“六爪章魚(yú)”機(jī)器人是由上海交通大學(xué)研發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的救援型機(jī)器人，具備深入極端復(fù)雜危險(xiǎn)環(huán)境的能力，可在核輻射、水下和火災(zāi)等極端環(huán)境下完成搬運(yùn)、搜索、探測(cè)和救援作業(yè)等多種任務(wù)。
面 臨 挑 戰(zhàn)
與輪式機(jī)器人相比，由于有腿機(jī)器人需要更加復(fù)雜的機(jī)械原理和控制策略來(lái)保持平衡、方位、效率及速度，因此設(shè)計(jì)難度更大。上海交通大學(xué)的研究人員面臨著以盡量低的成本在新機(jī)器人上提供高水平的速度、有效負(fù)載、耐用性及其他參數(shù)的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)師必須了解他們的設(shè)計(jì)方案能夠承受多大的負(fù)載，在各種任務(wù)中的表現(xiàn)如何，以及施加到機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)上的作用力有多大，以便優(yōu)化設(shè)計(jì)并交付具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。
解 決 / 驗(yàn) 證
實(shí)驗(yàn)室的潘博士使用 Adams 多體動(dòng)力學(xué)軟件創(chuàng)建了完整的機(jī)器人及其所執(zhí)行任務(wù)的工作樣機(jī)，例如攜帶重載或轉(zhuǎn)動(dòng)閥門(mén)。潘博士采用SolidWorks 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件開(kāi)發(fā)了針對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)方案的幾何體，并編寫(xiě)了Adams/View 命令語(yǔ)言腳本，將幾何體轉(zhuǎn)換成Adams 模型，例如添加關(guān)節(jié)、軸承及電機(jī)。潘博士表示：“Adams/View 命令語(yǔ)言在機(jī)器人參數(shù)化建模方面表現(xiàn)良好，這是因?yàn)槲铱梢酝ㄟ^(guò)編程創(chuàng)建單個(gè)文件來(lái)生成機(jī)器人設(shè)計(jì)，然后只需更改命令語(yǔ)言文件中的數(shù)字就可以生成新的設(shè)計(jì)變量?！?/p>
Adams 能夠在設(shè)計(jì)過(guò)程的最初階段，將設(shè)計(jì)概念作為一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)評(píng)估動(dòng)態(tài)性能。與通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)獲得同樣的信息相比，借助 Adams 在設(shè)計(jì)過(guò)程初期就能以更短的時(shí)間、更低的成本對(duì)眾多不同機(jī)器人設(shè)計(jì)方案的瞬態(tài)動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行評(píng)估。他還可以加大機(jī)器人的速度和負(fù)載，同時(shí)確保機(jī)器人能夠穿越各類(lèi)不同的表面。
在確定章魚(yú)機(jī)器人中所采用的 UP 和 UPS 組合所能得到最佳結(jié)果之后，設(shè)計(jì)人員嘗試了眾多不同的關(guān)節(jié)尺寸，這些工作只需更改 Adams/ View 命令語(yǔ)言腳本中的變量即可實(shí)現(xiàn)。他對(duì)機(jī)器人執(zhí)行動(dòng)作的各向同性能力進(jìn)行了評(píng)估， 即能夠以相同的速度、沿任何要求的方向移動(dòng)給定的有效負(fù)載。他們還使用仿真對(duì)設(shè)計(jì)方案中有可能導(dǎo)致機(jī)器人停止移動(dòng)的特殊條件進(jìn)行了評(píng)估。
在進(jìn)行了大量的設(shè)計(jì)迭代之后，研究人員確定了可滿(mǎn)足其所有目標(biāo)的設(shè)計(jì)。此時(shí)，該團(tuán)隊(duì)以大約 100,000 元的成本對(duì)建造的樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試。
結(jié) 果
上海交通大學(xué)的研究人員在大量條件下對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，例如轉(zhuǎn)動(dòng)閥門(mén)和開(kāi)關(guān)、運(yùn)送重達(dá) 500 千克的載荷，以評(píng)估其與預(yù)期任務(wù)的符合情況。實(shí)物實(shí)驗(yàn)表明，樣機(jī)的性能與 Adams 預(yù)測(cè)非常吻合。潘博士表示：“如果在建造樣機(jī)之前沒(méi)有使用 Adams 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，我們或許還需要另外五臺(tái)樣機(jī)，每臺(tái)需要支付 100,000 元才能得到正確設(shè)計(jì)。借助 Adams，第一臺(tái)樣機(jī)就能完全按照預(yù)期工作，我們甚至無(wú)需進(jìn)行任何改動(dòng)?！?/p>